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电流反馈的机械臂碰撞检测研究

赵迪 胡立宏 陈小利 张雪源

赵迪, 胡立宏, 陈小利, 张雪源. 电流反馈的机械臂碰撞检测研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(6): 887-892. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200135
引用本文: 赵迪, 胡立宏, 陈小利, 张雪源. 电流反馈的机械臂碰撞检测研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(6): 887-892. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200135
ZHAO Di, HU Lihong, CHEN Xiaoli, ZHANG Xueyuan. Collision Detection of Robotic Manipulators with Feedback Current[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(6): 887-892. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200135
Citation: ZHAO Di, HU Lihong, CHEN Xiaoli, ZHANG Xueyuan. Collision Detection of Robotic Manipulators with Feedback Current[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(6): 887-892. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200135

电流反馈的机械臂碰撞检测研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200135
基金项目: 湖北工业大学博士启动金项目
详细信息
    作者简介:

    赵迪(1981-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为服务机器人、智能机器人, 6738501@qq.com

  • 中图分类号: TP242

Collision Detection of Robotic Manipulators with Feedback Current

  • 摘要: 本文以机械臂碰撞检测为研究对象, 提出了一种基于电流变化速度的碰撞检测方法, 弥补动力学模型理论电流的碰撞检测方法存在参数辨识过程复杂、对动力学模型精度要求高等缺点。试验发现在机械臂有碰撞的时候会产生电流突变, 当电流变化速度大于给定的阈值时就判定有碰撞。通过大量试验发现电机不同转速下电流变化速度的阈值也不同, 于是提出电机转速的阈值检测方法, 用电机转速拟合关系式计算出电机在不同转速下的阈值, 从而判断电机在不同转速下是否存在碰撞。最终的碰撞检测试验结果表明, 当碰撞发生时, 机械臂可以快速检测到碰撞并做出相应反应, 达到预期目标。
  • 图  1  单关节机械臂受力分析

    图  2  滤波电流和电流限定值

    图  3  硬件系统组成

    图  4  碰撞检测算法流程

    图  5  无碰撞时的电流图

    图  6  有碰撞时电流图

    图  7  机械臂

    图  8  主控电路板及舵机

    图  9  卡尔曼滤波处理电流

    图  10  滤波电流和电流变化速度对比

    图  11  有碰撞发生的机械臂

    图  12  电机转速和阈值的关系图

    图  13  电机转速为28 °/s

    图  14  电机转速为53 °/s

    表  1  电机不同转速下的碰撞阈值

    转速/(°·s-1) 阈值/mA
    10 0.58
    20 0.73
    30 0.98
    40 1.13
    50 1.33
    60 1.58
    70 1.76
    80 1.96
    90 2.23
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  • 收稿日期:  2019-09-12
  • 刊出日期:  2021-06-01

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